JPH02867B2 - - Google Patents
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- JPH02867B2 JPH02867B2 JP56115307A JP11530781A JPH02867B2 JP H02867 B2 JPH02867 B2 JP H02867B2 JP 56115307 A JP56115307 A JP 56115307A JP 11530781 A JP11530781 A JP 11530781A JP H02867 B2 JPH02867 B2 JP H02867B2
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- Japan
- Prior art keywords
- light
- solar cell
- impurity concentration
- diffusion layer
- region
- Prior art date
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、基板の表裏２面を電気エネルギー
変換面として利用することのできる太陽電池に関
するものである。
変換面として利用することのできる太陽電池に関
するものである。
太陽電池は、光を直接に電気に変換できる特徴
を持つたトランスジユーサであり、太陽光エネル
ギーが無尽蔵であることから、太陽電池を用いた
発電は、石油などの化石エネルギーが枯渇しつつ
ある現在では、有望な発電方法となつてきた。
を持つたトランスジユーサであり、太陽光エネル
ギーが無尽蔵であることから、太陽電池を用いた
発電は、石油などの化石エネルギーが枯渇しつつ
ある現在では、有望な発電方法となつてきた。
しかし、地上に降り注ぐ太陽エネルギーの密度
は約1kW／m2と小さく、十分に大きな電力を得
るには非常に多くの太陽電池が必要になる。ま
た、太陽電池の価格も高く発電コストが高くなる
という問題点もあり、従来一般用電力源として太
陽電池を用いるということはコスト的に不可能で
あつた。
は約1kW／m2と小さく、十分に大きな電力を得
るには非常に多くの太陽電池が必要になる。ま
た、太陽電池の価格も高く発電コストが高くなる
という問題点もあり、従来一般用電力源として太
陽電池を用いるということはコスト的に不可能で
あつた。
次に、従来用いられてきた太陽電池について図
面を用いて説明する。第１図はその断面斜視図で
あり、１はｐ形基板、２はｎ形拡散層、３は受光
面電極、４は裏面電極である。この受光面電極３
は、くし形あるいは網目状の形状をしており、光
をさえぎる部分を最小にし、かつ電気抵抗の増大
を抑えるよう構成されている。
面を用いて説明する。第１図はその断面斜視図で
あり、１はｐ形基板、２はｎ形拡散層、３は受光
面電極、４は裏面電極である。この受光面電極３
は、くし形あるいは網目状の形状をしており、光
をさえぎる部分を最小にし、かつ電気抵抗の増大
を抑えるよう構成されている。
第１図に示された従来の太陽電池の受光面は、
ｎ形拡散層２の側であつて、もし裏面から光を照
射した場合、光照射表面近傍で生成された電子−
正孔対が、ｐ−ｎ接合まで再結合せずに到達する
確率は小さい。これは、従来の太陽電池のｐ形基
板１の厚さが250μｍないし500μｍもあり、ｐ形
基板中で少数担体である電子の拡散長が数十μｍ
であり、かつ裏面での表面再結合速度も大きいか
らである。実際、従来の太陽電池の裏面に光を照
射しても、起電力がほとんど発生しないことはよ
く知られている。
ｎ形拡散層２の側であつて、もし裏面から光を照
射した場合、光照射表面近傍で生成された電子−
正孔対が、ｐ−ｎ接合まで再結合せずに到達する
確率は小さい。これは、従来の太陽電池のｐ形基
板１の厚さが250μｍないし500μｍもあり、ｐ形
基板中で少数担体である電子の拡散長が数十μｍ
であり、かつ裏面での表面再結合速度も大きいか
らである。実際、従来の太陽電池の裏面に光を照
射しても、起電力がほとんど発生しないことはよ
く知られている。
したがつて、従来の太陽電池においては受光面
を１つしか持たないため、基板の一方の面に形成
された受光面に照射される光しか電気エネルギー
に変換できない。
を１つしか持たないため、基板の一方の面に形成
された受光面に照射される光しか電気エネルギー
に変換できない。
さらに、太陽電池の基板として用いられている
シリコンは、集積回路装置に用いられている単結
晶シリコンと同程度の品質を有する単結晶シリコ
ンであり高価である。このため、この単結晶シリ
コンを用いて製作した従来の太陽電池は高価なも
のとなる。従つて、太陽電池を用いた発電システ
ムは高価なものとならざるを得なかつた。
シリコンは、集積回路装置に用いられている単結
晶シリコンと同程度の品質を有する単結晶シリコ
ンであり高価である。このため、この単結晶シリ
コンを用いて製作した従来の太陽電池は高価なも
のとなる。従つて、太陽電池を用いた発電システ
ムは高価なものとならざるを得なかつた。
他方、太陽電池を用いた発電システムの価格を
下げるため、レンズなどで光を集めて太陽電池に
照射する方法が試みられているが、太陽電池表面
全体にむらなく光を集めるのは困難であるととも
に、その集光のために要するコストが高くなり実
用的ではなかつた。
下げるため、レンズなどで光を集めて太陽電池に
照射する方法が試みられているが、太陽電池表面
全体にむらなく光を集めるのは困難であるととも
に、その集光のために要するコストが高くなり実
用的ではなかつた。
以上述べてきたことから、受光面を２つ有し、
かつその受光面のいずれから光が照射されても、
同程度の起電力が得られるような太陽電池が出現
すれば、一方の受光面には直接太陽光を照射し、
他方の受光面には周囲の散乱光あるいは鏡により
反射させた光を照射するなどの方法により、２つ
の受光面で有効に電気エネルギーに変換すること
が可能となるので、発電システムを安価にするこ
とができる。
かつその受光面のいずれから光が照射されても、
同程度の起電力が得られるような太陽電池が出現
すれば、一方の受光面には直接太陽光を照射し、
他方の受光面には周囲の散乱光あるいは鏡により
反射させた光を照射するなどの方法により、２つ
の受光面で有効に電気エネルギーに変換すること
が可能となるので、発電システムを安価にするこ
とができる。
また、第１図に示した従来の太陽電池のｎ形拡
散層２の厚さは約1μｍであり、この厚さでは受
光面電極３を形成する時点でｐ−ｎ接合の短絡を
発生しやすい。ｎ形拡散層２の厚さを大きくする
ことは、ごく表面近傍で電子正孔対を発生させる
短い波長の光に対する応答が小さくなるため事実
上困難である。従つて、従来の太陽電池では受光
面電極３の形成には注意を要し、これが太陽電池
の価格上昇の一因ともなつている。すなわち、受
光面電極をｐ−ｎ接合短絡の危険をともなうこと
なく容易に形成できる構造の太陽電池の出現が望
まれていた。
散層２の厚さは約1μｍであり、この厚さでは受
光面電極３を形成する時点でｐ−ｎ接合の短絡を
発生しやすい。ｎ形拡散層２の厚さを大きくする
ことは、ごく表面近傍で電子正孔対を発生させる
短い波長の光に対する応答が小さくなるため事実
上困難である。従つて、従来の太陽電池では受光
面電極３の形成には注意を要し、これが太陽電池
の価格上昇の一因ともなつている。すなわち、受
光面電極をｐ−ｎ接合短絡の危険をともなうこと
なく容易に形成できる構造の太陽電池の出現が望
まれていた。
この発明の目的は、表裏２面の受光面を有し、
そのいずれの受光面に光が照射されても有効に電
気エネルギーに変換し得ると共に、ｐ−ｎ接合の
短絡を起させることなく容易に受光面電極を形成
し得る太陽電池を提供することである。
そのいずれの受光面に光が照射されても有効に電
気エネルギーに変換し得ると共に、ｐ−ｎ接合の
短絡を起させることなく容易に受光面電極を形成
し得る太陽電池を提供することである。
次に、この発明に係る太陽電池を実施例に基づ
いて説明する。第２図は、この発明に係る太陽電
池の一実施例を示すための断面図であつて、１１
はｎ形基板、１２はn+形拡散層、１３はｐ形拡
散層、１４はp+形拡散層、１５は裏面電極、１
６は表面電極である。このような構造は、次のよ
うな工程により容易に形成することができる。厚
さが150μｍないし200μｍで、比抵抗約10Ω・cmの
ｎ形基板１１に、ホウ素を150keVで２×1013／
cm2注入する。この後、熱処理を行い10μｍないし
50μｍのｐ形拡散層１３を形成する。次にｐ形拡
散層１３の表面にホウ素をドープした酸化膜を形
成し、ｎ形基板１１の表面に燐をドープした酸化
膜を形成し熱処理を行い、それぞれ厚さ約0.1μｍ
のP+形拡散層１４と厚さ約0.1μｍのn+形拡散層
１２を形成する。最後に両表面に電極を形成して
完成する。ｐ形拡散層１３はエピタキシヤル成長
によつても、イオン注入以外の拡散方法を用いて
もよく、またn+形拡散層１２とp+形拡散層１４
はイオン注入によつて形成しても、あるいはその
他の方法によつて形成してもよい。
いて説明する。第２図は、この発明に係る太陽電
池の一実施例を示すための断面図であつて、１１
はｎ形基板、１２はn+形拡散層、１３はｐ形拡
散層、１４はp+形拡散層、１５は裏面電極、１
６は表面電極である。このような構造は、次のよ
うな工程により容易に形成することができる。厚
さが150μｍないし200μｍで、比抵抗約10Ω・cmの
ｎ形基板１１に、ホウ素を150keVで２×1013／
cm2注入する。この後、熱処理を行い10μｍないし
50μｍのｐ形拡散層１３を形成する。次にｐ形拡
散層１３の表面にホウ素をドープした酸化膜を形
成し、ｎ形基板１１の表面に燐をドープした酸化
膜を形成し熱処理を行い、それぞれ厚さ約0.1μｍ
のP+形拡散層１４と厚さ約0.1μｍのn+形拡散層
１２を形成する。最後に両表面に電極を形成して
完成する。ｐ形拡散層１３はエピタキシヤル成長
によつても、イオン注入以外の拡散方法を用いて
もよく、またn+形拡散層１２とp+形拡散層１４
はイオン注入によつて形成しても、あるいはその
他の方法によつて形成してもよい。
第２図に示されたこの発明に係る太陽電池の特
徴を述べると、第１にｐ−ｎ接合が一受光面から
離れた位置にあり、これは他方の受光面にｐ−ｎ
接合が近くなることを示し、第２に２つの受光面
に同一導電形の不純物濃度の異る層があり、これ
がｐ−ｎ接合に準じた働きをするということであ
る。
徴を述べると、第１にｐ−ｎ接合が一受光面から
離れた位置にあり、これは他方の受光面にｐ−ｎ
接合が近くなることを示し、第２に２つの受光面
に同一導電形の不純物濃度の異る層があり、これ
がｐ−ｎ接合に準じた働きをするということであ
る。
第１の特徴により、裏面から照射された光によ
つて生成された電子−正孔対を、従来の太陽電池
より効率よく収集でき、第２の特徴により、下記
の(1)式で示されるポテンシヤル差が不純物高濃度
領域と不純物低濃度領域との界面に発生し、これ
が表面再結合に向う電子−正孔対の拡散を抑制す
る。
つて生成された電子−正孔対を、従来の太陽電池
より効率よく収集でき、第２の特徴により、下記
の(1)式で示されるポテンシヤル差が不純物高濃度
領域と不純物低濃度領域との界面に発生し、これ
が表面再結合に向う電子−正孔対の拡散を抑制す
る。
VhL＝KT／ｑlnNh／NL ……(1)
ただし、Ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、
ｑは電子の電荷、Nhは不純物高濃度領域の不純
物濃度、NLは不純物低濃度領域の不純物濃度で
ある。KT／ｑは常温で約26ｍＶの値となる。
ｑは電子の電荷、Nhは不純物高濃度領域の不純
物濃度、NLは不純物低濃度領域の不純物濃度で
ある。KT／ｑは常温で約26ｍＶの値となる。
上述の関係を第３図のエネルギーバンド図に基
づいて説明する。図において付されている１１な
いし１４の参照番号は、第２図において示された
各部分に対応するものであり、また、２１はフエ
ルミ準位、２２，２３は入射光により生成された
電子−正孔対、２５，２６は不純物濃度差により
生じたポテンシヤル差である。
づいて説明する。図において付されている１１な
いし１４の参照番号は、第２図において示された
各部分に対応するものであり、また、２１はフエ
ルミ準位、２２，２３は入射光により生成された
電子−正孔対、２５，２６は不純物濃度差により
生じたポテンシヤル差である。
p+形拡散層１４とｐ形拡散層１３との界面に
来た電子−正孔対２２のうち、電子はポテンシヤ
ル差２５のためp+形拡散層１４への移動が抑え
られ、正孔はp+拡散層１４への移動が促される。
即ち、p+形拡散層１４とｐ形拡散層１３との界
面は、ｐ−ｎ接合に準じた働きをする。n+形拡
散層１２とｎ形基板１１との界面も、そこに発生
するポテンシヤル差２６により電子−正孔対２３
に対しｐ−ｎ接合に準じた働きをする。
来た電子−正孔対２２のうち、電子はポテンシヤ
ル差２５のためp+形拡散層１４への移動が抑え
られ、正孔はp+拡散層１４への移動が促される。
即ち、p+形拡散層１４とｐ形拡散層１３との界
面は、ｐ−ｎ接合に準じた働きをする。n+形拡
散層１２とｎ形基板１１との界面も、そこに発生
するポテンシヤル差２６により電子−正孔対２３
に対しｐ−ｎ接合に準じた働きをする。
以上説明したように、この発明の太陽電池にお
いては、不純物高濃度領域と不純物低濃度領域の
界面が受光面近傍に存在し、しかも２つの受光面
近傍に同時に存在するため、２つの受光面のうち
いずれから照射された光に対しても効率的に電気
を発生することができる。さらに、受光面近傍に
不純物高濃度領域と不純物低濃度領域の界面を形
成することによりｐ−ｎ接合を表面から深い位置
にすることができる。これは前述したように、不
純物高濃度領域と不純物低濃度領域の界面がｐ−
ｎ接合に準じた働きをするため、表面付近で光に
より生成された電子−正孔対を効率よく収集でき
るからである。ｐ−ｎ接合を表面から深い位置に
形成できれば、電極形成によるｐ−ｎ接合の短絡
の危険性はなくなり、これによつて、電極形成が
容易になるという効果がある。
いては、不純物高濃度領域と不純物低濃度領域の
界面が受光面近傍に存在し、しかも２つの受光面
近傍に同時に存在するため、２つの受光面のうち
いずれから照射された光に対しても効率的に電気
を発生することができる。さらに、受光面近傍に
不純物高濃度領域と不純物低濃度領域の界面を形
成することによりｐ−ｎ接合を表面から深い位置
にすることができる。これは前述したように、不
純物高濃度領域と不純物低濃度領域の界面がｐ−
ｎ接合に準じた働きをするため、表面付近で光に
より生成された電子−正孔対を効率よく収集でき
るからである。ｐ−ｎ接合を表面から深い位置に
形成できれば、電極形成によるｐ−ｎ接合の短絡
の危険性はなくなり、これによつて、電極形成が
容易になるという効果がある。
次に、この発明に係る太陽電池を用いて、２つ
の受光面を利用する太陽発電システムについてそ
の構成を簡単に説明する。
の受光面を利用する太陽発電システムについてそ
の構成を簡単に説明する。
第４図は、この発明に係る太陽電池を用いた発
電システムの一例であつて、図中３１はこの発明
に係る太陽電池、３２は反射鏡、３３は入射光、
３４は反射光である。
電システムの一例であつて、図中３１はこの発明
に係る太陽電池、３２は反射鏡、３３は入射光、
３４は反射光である。
入射光３３は、一部直接に太陽電池３１に入射
し、残りは反射鏡３２によつて反射され、反射光
３４となつて太陽電池３１の裏面より入射する。
つまり、この発明に係る太陽電池３１は、従来と
同一サイズの太陽電池と比較して２倍の面積で光
を電気に変換することができる。反射鏡３２は、
一般の太陽電池に比べて低価格であり、平面鏡で
あるためむらがなく太陽電池３１の裏面に光を照
射できる。従つて、第４図に示した構成は、従来
の太陽電池を２つ使用して発電する場合に比べて
発電コストを引下げることが可能となる。
し、残りは反射鏡３２によつて反射され、反射光
３４となつて太陽電池３１の裏面より入射する。
つまり、この発明に係る太陽電池３１は、従来と
同一サイズの太陽電池と比較して２倍の面積で光
を電気に変換することができる。反射鏡３２は、
一般の太陽電池に比べて低価格であり、平面鏡で
あるためむらがなく太陽電池３１の裏面に光を照
射できる。従つて、第４図に示した構成は、従来
の太陽電池を２つ使用して発電する場合に比べて
発電コストを引下げることが可能となる。
以上の通りであるから、本発明は次のような顕
著な効果を奏する。
著な効果を奏する。
(イ) 表面に電子−正孔対の収集を行なう不純物高
濃度−不純物低濃度接合を設けており、これに
よりｐ−ｎ接合を少数担体の拡散長程度以下
で、かつ光を十分吸収できる厚さ以上の深さ
10μｍないし200μｍに設けることができ、さら
に、表面から深部に至るいずれの領域で光によ
つて生成された電子−正孔対も効率的に収集す
ることが可能となる。
濃度−不純物低濃度接合を設けており、これに
よりｐ−ｎ接合を少数担体の拡散長程度以下
で、かつ光を十分吸収できる厚さ以上の深さ
10μｍないし200μｍに設けることができ、さら
に、表面から深部に至るいずれの領域で光によ
つて生成された電子−正孔対も効率的に収集す
ることが可能となる。
(ロ) 電極構造を複雑化することなく、基板の表裏
２面を光−電気エネルギー変換面として使用す
ることができるので、高価なシリコン単結晶基
板を有効に利用でき、したがつて、太陽発電の
コストを引き下げられる。
２面を光−電気エネルギー変換面として使用す
ることができるので、高価なシリコン単結晶基
板を有効に利用でき、したがつて、太陽発電の
コストを引き下げられる。
第１図は、従来の太陽電池の断面斜視図、第２
図は、この発明に係る太陽電池の一実施例を示す
ための断面図、第３図は、不純物高濃度領域と不
純物低濃度領域の界面に発生するポテンシヤル差
を説明するためのエネルギー準位図、第４図は、
この発明に係る太陽電池を用いた発電システムの
一実施例を示す図である。 １１……ｎ形不純物濃度基板、１２……n+形
不純物高濃度拡散層、１３……ｐ形不純物低濃度
拡散層、１４……p+形不純物高濃度拡散層。
図は、この発明に係る太陽電池の一実施例を示す
ための断面図、第３図は、不純物高濃度領域と不
純物低濃度領域の界面に発生するポテンシヤル差
を説明するためのエネルギー準位図、第４図は、
この発明に係る太陽電池を用いた発電システムの
一実施例を示す図である。 １１……ｎ形不純物濃度基板、１２……n+形
不純物高濃度拡散層、１３……ｐ形不純物低濃度
拡散層、１４……p+形不純物高濃度拡散層。
Claims (1)
- １ ｐ形導電性を有し厚さ0.1μｍないし1μｍの不
純物高濃度の第１の領域と、ｐ形導電性を有し厚
さ10μｍないし200μｍの不純物低濃度の第２の領
域と、ｎ形導電性を有し厚さ0.1μｍないし1μｍの
不純物高濃度の第３の領域と、ｎ形導電性を有し
厚さ10μｍないし200μｍの不純物低濃度の第４の
領域とからなり、前記第２の領域と前記第４の領
域が隣接してｐ−ｎ接合を形成し、前記第１の領
域が前記第２の領域の表面に形成され、前記第３
の領域が前記第４の領域の表面に形成されている
ことを特徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56115307A JPS5817681A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56115307A JPS5817681A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5817681A JPS5817681A (ja) | 1983-02-01 |
| JPH02867B2 true JPH02867B2 (ja) | 1990-01-09 |
Family
ID=14659384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56115307A Granted JPS5817681A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5817681A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2077587A4 (en) * | 2006-09-27 | 2016-10-26 | Kyocera Corp | SOLAR CELL ARRANGEMENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5582472A (en) * | 1978-12-13 | 1980-06-21 | Ibm | Silicone solar energy converter |
-
1981
- 1981-07-24 JP JP56115307A patent/JPS5817681A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5817681A (ja) | 1983-02-01 |
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